Met een pil een chronische darmontsteking ontdekken

By Corine Spaans

In Nederland hebben zo’n 90 duizend mensen een chronische darmziekte, zoals de Ziekte van Crohn. De ontstekingen zijn goed te detecteren. Alleen is daar een endoscopie voor nodig: een camera die in het darmkanaal gaat. “Ingrijpend en onaangenaam”, zegt Luke Rossen team manager van het Eindhovense studententeam iGEM. Het team ontwikkelde een methode waarbij gasbelletjes van de E.coli bacterie en een echoapparaat laten weten of en waar de ontsteking zit.

Wedstrijd

“Als je een ontsteking in je darmen hebt, dan maakt je lichaam een stofje aan”, legt Rossen uit. “Dat stofje kan zich met bepaalde eiwitten binden, die de productie van gasbelletjes kunnen aanzetten. Breng je deze eiwitten in die E.coli bacterie, dan werkt die als een soort sensor.” Die gasbelletjes die ontstaan, zijn vervolgens met ultrasound weer te geven. “Zo kun je de ontsteking met een echoapparaat ontdekken. De patiënt moet dan alleen de dag van tevoren een pil innemen waar de bacterie inzit.”  

Met hun ontdekking neemt het team deel aan de wereldwijde iGEM-competitie, een onderdeel van de International Genetically Engineered Machine (iGEM) Foundation. Een onafhankelijke, non-profit organisatie die zich inzet voor de vooruitgang van synthetische biologie, het (her)ontwerpen en bouwen van organismen of delen daarvan. Aan de wedstrijd doen doen dit jaar 356 studententeams van landen uit Europa, Azië, Noord- en Zuid-Amerika en Australië. Elk jaar is er een Giant Jamboree, dit jaar is deze vanwege corona digitaal, met een kleinere varianten onder meer in Parijs.

Sensor

Tevens is het zo dat mensen met darmklachten eerst een zelftest doen, gaat Rossen verder. Die test is niet heel specifiek. “Ook als er niets aan de hand is, wordt een persoon soms toch naar het ziekenhuis gestuurd voor een dure invasieve endoscopie-onderzoek. Van tevoren moet die persoon zorgen dat de darmen leeg zijn, dus moet iemand de dag ervoor zware laxeermiddelen gebruiken en vasten. Bij de behandeling krijgt hij een verdoving. Bij een endoscopie zijn een getrainde arts en twee verpleegsters aanwezig. Terwijl het in bijna 30 procent van de gevallen niet nodig is.”

De zogenoemde IBDetection-methode van het iGEM-team zit tussen de zelftest en het uitgebreide vervolgonderzoek in. De studenten hebben de darmbacterie E. Coli aangepast zodat het als sensor werkt. Dat betekent dat er “geknipt en geplakt” is met DNA, zegt Rossen. “Het is puzzelen met hele kleine bouwsteentjes. We brengen wat DNA en die bacterie bij elkaar en onderzoeken wat wel en niet werkt. Je haalt er een bepaald stukje uit, kijkt wat de reactie is en gaat door tot je de juiste reactie, die gasbelletjes, hebt.”

Escape room

Eigenlijk zouden de biologieboeken van de basis- en middelbare school opnieuw geschreven moeten worden, zegt Rossen. Want werken met zogenoemde genetisch gemodificeerde organismen (GGO’s) is nog nieuw, aldus de teammanager. “Op basisscholen en middelbare scholen leer je er amper over.” Om de jeugd meer over genetic engineering te leren, geeft het team gastlessen. “We laten dan bijvoorbeeld zien wat zeep doet. Je wast je handen elke dag, maar wat gebeurt er dan? Eigenlijk is het gewoon een molecuul dat water en vet bindt. We willen hiermee de basisprincipes uitleggen die ook toepasbaar zijn op wat wij uitvoeren, bijvoorbeeld hoe ook een eiwit aan een stofje bindt”

Ook bedacht het team een escape room, ‘escape the cell’. “Dan loop je per kamer delen van een cel door en moet je een puzzel maken. Zo weet je hoe de cel eruit ziet.” Een aantal middelbare scholen maakt nu gebruik van de escape room om het uit te proberen, vertelt Rossen.

Mini jamboree

Op 21 oktober heeft het team alles aan cases, documentatie, onderzoek en testen in een ‘wiki’ geüpload. Zoals hun onderzoek dat ze deden in samenwerking met een studententeam uit Wenen die iets soortgelijks ontwikkelt. De teams ondervroegen mensen met een chronische darmontsteking of zij de voorkeur zouden geven aan een onderzoek met een met endoscopie of een echoapparaat en een pil die ze moeten doorslikken. Daaruit blijkt dat mensen welwillend tegenover ons idee staan, zegt Rossen. “Heel anders dan we van tevoren aannamen. We dachten dat mensen er negatiever tegenover zouden staan omdat we met genetische manipulatie werken.”

Daarnaast namen de studenten tussentijds deel aan de ‘Safe by Design’-wedstrijd van het RIVM om aan te tonen dat hun methode veilig is. Tijdens de Sustainable Healthcare Challenge werd het team derde. Ook de laatste testresultaten zijn geslaagd: het is het team gelukt het uiteindelijke DNA in de bacterie in te brengen.

Na 21 oktober is alles voor iedereen openbaar. Rossen: “Wil je precies weten wat we doen, dan staat het daarin.” Na die tijd is er even een moment van relatieve rust. “Het was hard werken en dan is het klaar.” Om de tijd tot de Giant Jamboree te overbruggen organiseert het iGEM-team een mini jamboree voor de Benelux. “Alles in het klein maar met jury en een prijs.”

Rossen meldde zich eind vorig jaar aan voor deelname aan het team. Zijn professor stuurde al zijn studenten een oproep om mee te doen. “Ik had net geproefd aan wat praktijkcollege, toen de lockdown begon. Ik miste het praktisch bezig zijn. Deelname hieraan was een uitkomst.” De masterstudent Biomedical Engineering werkte vanaf mei full time aan het project. Na de wedstrijd geeft het team het stokje over naar een nieuw team. 

Toekomstperspectief

Als het allemaal werkt is de grootste uitdaging dat de wetgeving verandert zodat het gebruikt kan worden, stelt Rossen. “Die loopt in Europa achter op de ontwikkelingen.” Hij sprak met Lucie McMurtry van EuropaBio, over de Europese Wetgeving voor Genetically Modified Organisms (GMO’s). Wat is het toekomstperspectief? “Ik kreeg als antwoord dat er weinig kans is dat ons concept de komende tien jaar toegestaan wordt. Puur omdat wij levende GMO’s gebruiken als sensor. Ongeacht of het veilig is.” Rossen is overtuigd dat onderzoek binnen de synthetische biologie zin heeft. “We willen met fundamenteel onderzoek laten zien dat het veilig is. Het is een eerste stap naar de toekomst: er zit potentie in, het is niet eng, Zolang je er goed en secuur over nadenkt en alles goed test. Dan is het net als elk ander medicijn alleen complexer.”

Ook interessant: Als een vakje verkleurt, is er een biomarker gevonden